(57)【要約】      （修正有）【課題】液体燃料中の燃焼温度降下剤が擬臨界状態又は超臨界状態とならない温度・圧力条件下で液体燃料を燃焼室に供給し、燃焼室における液体燃料の燃焼の際に窒素酸化物やすす等の有害物質の発生を十分に効率よく且つ安価に抑制することを可能とする液体燃料の供給方法を提供すること。【解決手段】液体燃料の供給方法は、液体燃料に、水と、メタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物とを、水の含有量が混合物全量基準で１〜１０重量％となるように添加した燃料混合物２を、０〜３２０℃で均一混合状態にして燃焼室１０に供給すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料に、水と、メタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物とを、前記水の含有量が混合物全量基準で１〜１０重量％となるように添加した燃料混合物を、０〜３２０℃で均一混合状態にして燃焼室に供給することを特徴とする液体燃料の供給方法。
【請求項２】
前記含酸素有機化合物がエチレングリコールであることを特徴とする、請求項１に記載の液体燃料の供給方法。
【請求項３】
前記燃料混合物を燃焼室に供給するときの温度が０〜１５０℃であり且つ圧力が３．５〜１８０ＭＰａであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液体燃料の供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体燃料の供給方法に関するものであり、詳しくは、自動車や発電所の内燃機関等において有用な液体燃料の供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車や発電所等の内燃機関においては、軽油、灯油、液化天然ガス（ＬＮＧ）、プロパン等の液体燃料を空気と混合して高温（通常１０００〜２０００℃）で燃焼させるために、ＮＯ、ＮＯ2等の窒素酸化物（ＮＯｘ）やすす（カーボン）等の有害物質が発生するという問題があった。そのため、内燃機関を稼動する場合には排ガスから有害物質を除去するための浄化装置が必要となるが、特に、大規模な発電所等では設備投資や運転コストの削減が切望されている。
【０００３】
そこで、液体燃料を燃焼させる際に有害物質の発生を抑制する技術についての検討が進められており、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、燃焼温度降下剤としての水を液体燃料に添加し、酸素又は空気を燃焼に必要な量以上添加し、水の擬臨界状態又は超臨界状態で燃焼させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−７５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液体燃料中の水を擬臨界状態又は超臨界状態に保持したまま液体燃料を燃焼させるためには、水の添加された液体燃料を高温・高圧下で燃焼室に供給する必要があり、このように厳しい条件下で供給された液体燃料を燃焼させた場合には、必ずしも窒素酸化物やすす等の有害物質を十分に抑制することはできなかった。また、このような方法を用いる場合、燃料供給手段や噴射手段に高温・高圧下での使用に適した特殊な材料を使用したり、装置の耐久性が低下することにより部品の交換やメンテナンスの頻度が増加したりしてコストが大幅に増加してしまい、コスト面の問題を根本的に解決するには至らなかった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、液体燃料中の燃焼温度降下剤が擬臨界状態又は超臨界状態とならない温度・圧力条件下で液体燃料を燃焼室に供給した場合であっても、燃焼室における液体燃料の燃焼の際に窒素酸化物やすす等の有害物質の発生を十分に効率よく且つ安価に抑制することを可能とする液体燃料の供給方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、液体燃料に、気化潜熱が特定の範囲内である液体からなる燃焼温度降下剤を特定量添加した燃料混合物を、特定の温度条件下で均一状態にして燃焼室に供給することによって上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の液体燃料の供給方法は、液体燃料に、水と、メタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物とを、前記水の含有量が混合物全量基準で１〜１０重量％となるように添加した燃料混合物を、０〜３２０℃で均一混合状態にして燃焼室に供給することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、液体燃料に、水と、メタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物とを、水の含有量が混合物全量基準で１〜１０重量％となるように添加した燃料混合物を、上記特定の温度条件下で均一混合状態にして燃焼室に供給することによって、液体燃料中の水が擬臨界状態又は超臨界状態とならない温度・圧力条件下で液体燃料を燃焼室に供給した場合であっても、燃焼室における液体燃料の燃焼の際に窒素酸化物やすす等の有害物質の発生を十分に効率よく且つ安価に抑制することが可能となる。
【００１０】
なお、ここでいう均一混合状態とは、波長４００ｎｍの光に対する吸光度が１％／ｃｍ以下である状態をいう。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明した通り、本発明の液体燃料の供給方法によれば、液体燃料中の燃焼温度降下剤が擬臨界状態又は超臨界状態とならない温度・圧力条件下で液体燃料を燃焼室に供給した場合であっても、燃焼室における液体燃料の燃焼の際に窒素酸化物やすす等の有害物質の発生を十分に効率よく且つ安価に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明において用いられる液体燃料燃焼システムの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に
説明する。
【００１４】
本発明の液体燃料の供給方法において用いられる液体燃料燃焼システムの一例を図１に示す。図１に示す装置はコモンレール式のディーゼルエンジンに燃料加熱装置を組み込んだものである。燃料タンク１には、液体燃料に燃焼温度降下剤を混合物全量基準で１〜１０重量％となるように添加した燃料混合物２が収容されている。また、燃料タンク１とコモンレール３とは流路４に接続されており、流路４には、燃料混合物２中の固形分を除去するためのフィルター５と、燃料混合物２を燃料タンク１から流路４へ送液するためのポンプ６と、が配置されており、燃料混合物２を燃料タンク１からフィルター５、ポンプ６を経てコモンレール３に供給することが可能となっている。さらに、コモンレール３は電子制御装置（ＥＣＵ）７と電気的に接続されているヒータ８を備えており、コモンレール３に供給された燃料混合物２を加熱し、燃料混合物２を所定の温度、圧力で噴射ノズル９から燃焼室１０に供給することが可能となっている。さらにまた、燃焼室１０において燃料混合物２の燃焼により生成する排ガスを排気口（図示せず）から装置外部に放出することが可能となっている。
【００１５】
本発明にかかる液体燃料としては特に制限されず、従来より公知の液体燃料が使用可能であるが、具体的には、軽油、灯油、液化天然ガス（ＬＮＧ）、プロパン、ナフサ等が挙げられる。
【００１６】
また、本発明にかかる燃焼温度降下剤は、液体燃料と混合することによって液体燃料の燃焼温度を十分に低くすることを可能とするものである。
【００１７】
本発明にかかる燃焼温度降下剤としては、具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、水及びこれらの２種以上の混合物等が挙げられる。これらの中でも、水、メタノール及びエタノールからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いると、液体燃料の燃焼温度がより低下して、排ガス中に含まれる窒素酸化物やすす等の有害物質の低減効果がより向上する傾向にあるので好ましい。特に、アルコール類を用いると、すす生成の際の環化反応が抑制される傾向にある。
【００１８】
本発明にかかる燃料混合物中の燃焼温度降下剤の含有量は、前述の通り１〜１０重量％であり、好ましくは２〜８重量％である。燃焼温度降下剤の含有量が前記下限値未満の場合、液体燃料の燃焼温度の低下が不十分となり、窒素化合物やすす等の有害物質の発生を十分に抑制することができなくなる。他方、燃焼温度降下剤の含有量が前記上限値を超えると、液体燃料の燃焼効率が低下してしまう。
【００１９】
本発明においては、燃料混合物が、液体燃料及び燃焼温度降下剤に加えて、含酸素有機化合物（但し、メタノール及びエタノールを除く）をさらに含有することが好ましい。燃料混合物がメタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物をさらに含有すると、燃料混合物の均一混合状態が十分に広い温度・圧力範囲で維持される傾向にある。本発明において用いられる含酸素有機化合物としては、水酸基、エーテル基等の官能基を有する有機化合物、より具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類；アルコール類；エーテル類；ケトン類；アルデヒド類；カルボン酸類等が挙げられるが、中でも、グリコール類を用いると、燃料混合物の均一混合状態がより広い温度・圧力範囲で維持される傾向にある点でより好ましく、エチレングリコールが特に好ましい。
【００２０】
メタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物の燃焼混合物中の含有量は、液体燃料の燃焼温度低下効果や燃焼効率を損なわない限りにおいて特に制限されないが、混合物全量基準で０．１〜１０重量％であることが好ましく、１〜８重量％であることがより好ましい。メタノール及びエタノールを除く含酸素有機化合物の含有量が前記下限値未満であると、燃料混合物の均一混合状態が維持される温度・圧力範囲が十分に広げられない傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、液体燃料の燃焼温度低下効果や燃焼効率が低下する傾向にある。
【００２１】
本発明においては、燃料混合物が０〜３２０℃（好ましくは０〜１５０℃）で均一混合状態となって燃焼室に供給される。なお、温度が前記下限値未満であると燃料混合物の均一混合状態が維持されにくくなり、他方、前記上限値を超えると燃料供給手段や噴射手段への負荷が大きくなり、装置の耐久性が低下してしまう。
【００２２】
また、燃料混合物を燃焼室に供給するときの圧力は、好ましくは３．５〜１８０ＭＰａである。圧力が前記下限値未満であると燃料混合物が維持されにくくなり、他方、前記上限値を超えると燃料供給手段や噴射手段への負荷が大きくなり、装置の耐久性が低下する傾向にある。
【００２３】
本発明において、燃料混合物を燃焼室に供給する際に用いる噴射手段は特に制限されないが、例えば、図１に示す装置のように噴射ノズルを用いて燃料混合物を微小な液滴として噴霧することによって、燃焼室における液体燃料の燃焼を好適に行うことができる。
【００２４】
噴射ノズルを用いて燃料混合物を噴霧する場合、燃料混合物の液滴の平均直径は３０μｍ以下であることが好ましい。燃料混合物の液滴の平均直径が前記上限値を超えると、液体燃料の燃焼効率が不十分となる傾向にある。
【００２５】
このようにして燃焼室に供給された燃料混合物を酸素含有ガスと混合し、燃焼することによって、液体燃料から熱や電気等へのエネルギー変換が行われるが、本発明によれば、液体燃料中の燃焼温度降下剤が擬臨界状態又は超臨界状態とならない温度・圧力条件下で液体燃料を燃焼室に供給した場合であっても、燃焼室における液体燃料の燃焼の際に窒素酸化物やすす等の有害物質の発生を十分に効率よく且つ安価に抑制することができる。したがって、本発明の液体燃料の供給方法を自動車や発電所の内燃機関等に適用することによって、浄化装置を用いることなく、また、燃料供給手段や噴射手段に特殊な材料を用いたり頻繁にメンテナンスを行ったりすることなく、排ガス中の有害物質の含有量が十分に低減されたクリーンなエネルギー変換を行うことが可能となる。ここで、燃焼室内において燃料混合物を燃焼させる場合の空燃比（Ａ／Ｆ）は、通常、１〜６０であり、好ましくは４０〜５０である。
【００２６】
なお、図１には、予め液体燃料と燃焼温度降下剤とから調製された燃料混合物を用いる場合の一例を示したが、本発明においては、液体燃料と燃焼温度降下剤とをそれぞれ別個の供給手段を用いてコモンレールに導入し、コモンレール内でそれらの混合物が均一混合状態となるように混合してもよい。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
軽油９０重量部と水５重量部とエチレングリコール５重量部とを混合して燃料混合物を調製した。
【００２９】
次に、図１に示す装置を用いて、得られた燃料混合物の燃焼試験を行った。すなわち、燃料タンクに収容された燃料混合物を、フィルタ、ポンプを経てコモンレールに加圧導入し、ヒータを用いて加熱した後噴射ノズルから燃焼室へ供給して、空燃比（Ａ／Ｆ）１０で燃焼させた。このとき、電子制御装置によりコモンレール内の燃料混合物の温度を２００℃、圧力を６０ＭＰａに制御した。燃料混合物の燃焼後、化学発光分析及びダイリューショントンネルによる捕捉により排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。なお、本実施例における窒素酸化物の検出下限値は１ｐｐｍであった（以下、同様である）。
【００３０】
参考例１
燃料混合物として軽油９０重量部と水１０重量部との混合物を用いたこと、並びにコモンレール内の燃料混合物の温度を３００℃、圧力を６ＭＰａとしたこと以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行い、排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。
【００３１】
実施例２
燃料混合物として軽油９０重量部と水２重量部とエチレングリコール８重量部との混合物を用いたこと、並びにコモンレール内の燃料混合物の温度を１５０℃としたこと以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行い、排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。
【００３２】
実施例３
燃料混合物として軽油９５重量部と水１重量部とエチレングリコール４重量部との混合物を用いたこと、並びにコモンレール内の燃料混合物の温度を１２０℃としたこと以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行い、排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。
【００３３】
参考例２
燃料混合物として軽油９０重量部とメタノール１０重量部との混合物を用いたこと、並びにコモンレール内の燃料混合物の温度を２１０℃としたこと以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行い、排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。
【００３４】
比較例１
実施例１における燃料混合物の代わりに軽油を用いたこと、並びにコモンレール内の軽油の温度を３０℃、圧力を６０ＭＰａとしたこと以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行い、排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。
【００３５】
比較例２
コモンレール内の燃料組成物の温度を３０℃としたこと以外は参考例１と同様にして燃焼試験を行い、排ガス中における窒素酸化物及びすすの有無を分析した。得られた結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、実施例１〜３においては、いずれも窒素酸化物及びすすの発生が十分に抑制されており、液体燃料からのクリーンなエネルギー変換が可能であることが確認された。これに対して、比較例１、２においては排ガス中に窒素、すすの発生の抑制が不十分であった。
【符号の説明】
【００３８】
１…燃料タンク、２…燃料混合物、３…コモンレール、４…流路、５…フィルタ、６…ポンプ、７…電子制御装置、８…ヒータ、９…噴射ノズル、１０…燃焼室。
【図１】
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